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偷偷摸摸的峰值:使原本稳定的反馈回路不稳定的偷偷摸摸的反馈路径

来源: edn
2022-09-22
类别:技术信息
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文章创建人 拍明

原标题:偷偷摸摸的峰值:使原本稳定的反馈回路不稳定的偷偷摸摸的反馈路径

  我一直坚信电子比人更聪明。即使是最优秀的工程师也可能成为电子容易采取行动的微妙之处的牺牲品,尤其是在寻找可能真正破坏原本稳定的反馈回路的潜行反馈路径时。我们在这里看一个案例研究。

  有这种多输出直流电源,其设计偶尔会出现环路不稳定,我正在寻找原因并寻求补救措施。我设置了一个注入信号,称为“E-test”,如图 1所示,通过检查 E2 相对于 E1,我可以查看反馈环路的增益和相位属性。

  

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  图 1 E-test 的基本环路增益测试计划。

  设计中有一个电流隔离屏障,因此测试设置如下(图 2):

  

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  图 2更详细的环路增益测试计划。

  我们现在看看隔离势垒电路是如何配置的(图 3):

  

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  图 3交替动作钳位隔离栅电路。

  信号输入电压 E(左侧)通过直流电流源转换为信号输出电压 E(右侧),该直流电流源驱动变压器次级中心抽头,通过变压器上的两个二极管引起交替钳位动作变压器的初级。由于两个 NPN 晶体管的 V cesat和四个二极管的正向压降,我们损失了一些电平,但非常接近地实现了从输入到输出的线性传递函数。更详细的电路如图 4所示。

  

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  图 4比图 3 更详细的替代动作钳位隔离栅电路。

  请注意 1N4623 齐纳二极管上的 8 伏电源。稍后我们将返回考虑这两个部分的性质。

  图 5所示的这对曲线显示了隔离栅电路的输出和随后的 PWM 控制信号输出与隔离栅电路的输入的关系。为了反馈回路控制,这就是我们所需要的。

  

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  图 5隔离栅电路线性度。

  虽然现在已被取代,但 Hewlett-Packard 4395A 网络分析仪仍用于环路测试(图 6)。

  

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  图 6左侧是用于 E 测试的 HP 4395A 网络分析仪。在右侧,它与被测单元 (UUT) 的连接。

  4395A 通过图 7所示的 1:1 接口变压器连接到 UUT 。同轴电缆的编织层用作测试变压器的初级,而电缆的中心导体用作测试变压器的次级。两个 100 Ω 电阻器为分析仪的 RF 输出提供近 50 Ω 负载,而 100 Ω 和 10 Ω 电阻器创建一个非常小的 E 测试,以便在我们执行测试时使电源的工作状态尽可能接近正常。测量。

  

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  图 7测试变压器及其与 HP 4395A 网络分析仪的附件。

  我们在 E-test 的不同激励水平下进行了环路增益测试,结果让我们大吃一惊。

  由于来自分析仪的测试信号电平从 0 dBm 下降到 -12 dBm,因此我们得到了不同的测试结果(图 8)。

  

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  图 8环路增益 (a) 0 dBm, (b) -3 dBm, (c) -6 dBm, (d) -9 dBm, (e) -10 dBm 和 (f) -12 dBm 来自网络的激励分析仪。

  当网络分析仪的输出电平设置为 0 dBm 时,环路增益滚降特性起初看起来不错,但随着激励电平的改变,滚降特性发生了巨大变化。

  8 伏的电源来自 PWM 动作所控制的同一个逆变器,这导致了如上所示的潜行反馈路径。齐纳二极管的导通电阻促成了这条路径,并且在我看来,R齐纳二极管随着测试激励的变化而变化,这导致了奇怪的测试结果。

  通过使用具有极低动态电阻的 LM136 并更换一个电阻来恢复 PNP 晶体管的 Q 点,消除了潜反馈路径。

  测试结果如下(图):

  

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  图去除了潜行路径的环路增益和环路相位。

  随着潜行反馈路径的中断,增益相位结果很好,并且在各个级别的试驾中彼此相似。

  我们错误地假设电源是一个线性系统。由于齐纳二极管的行为,电源实际上是一个非线性系统。

  从头开始,环路增益和环路相位测试应始终在不同的激励水平下运行,以查看测试结果是否在每个激励水平下相互匹配。如果他们不这样做,那么您在某个地方就会出现非线性,这可能会给您和/或您的最终用户带来麻烦。

  John Dunn 是一名电子顾问,毕业于布鲁克林理工学院 (BSEE) 和纽约大学 (MSEE)。


责任编辑:David

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